1、材 科 基 考 點(diǎn) 強(qiáng) 化 （ 第 5講 擴(kuò) 散 ）精品資料主要考點(diǎn)考點(diǎn)1:菲克第一定律考點(diǎn)2:菲克第二定律考點(diǎn)3:影響擴(kuò)散速率的因素考點(diǎn)4 :擴(kuò)散機(jī)制考點(diǎn)5:上坡擴(kuò)散考點(diǎn)6:反應(yīng)擴(kuò)散考點(diǎn)7:柯肯達(dá)爾效應(yīng)考點(diǎn)&綜合考點(diǎn)1:菲克第一定律例1 （名詞解釋）：穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散。例2:寫出菲克第一定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式，并注明表達(dá)式中各參量的含義及單位。例3:擴(kuò)散第一定律的應(yīng)用條件是什么？對(duì)于濃度梯度隨時(shí)間變化的情況，能否應(yīng)用用 擴(kuò)散第一定律？答：擴(kuò)散第一定律應(yīng)用條件為穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散，即質(zhì)量濃度不隨時(shí)間而變化。非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散情 況下通常也可應(yīng)用擴(kuò)散第一定律，但必須進(jìn)行修正使之大致符合直線的情況下才可使 用。考點(diǎn)2:菲

2、克第二定律例1:考慮擴(kuò)散系數(shù)為常量的半無限的一維擴(kuò)散，保持?jǐn)U散源的濃度為C2不變；保持?jǐn)U散介質(zhì)中擴(kuò)散物質(zhì)的初始濃度為 C1，且均勻分布。這時(shí)擴(kuò)散介質(zhì)中擴(kuò)散物質(zhì)的濃度 隨擴(kuò)散時(shí)間和擴(kuò)散距離的變化可用下式來表示（）。A. C x,tB. C x,tC. C x,t2expG(GC1 C22x2. DtC2) 1expC1C212 Dtexp2 Dt例2 :已知碳在 丫Fe中的擴(kuò)散常數(shù) Do 2.0 10 5 m2/s，擴(kuò)散激活能 Q 140 103J/mol，要想得到 與在927 C時(shí)滲碳10h的相同厚度，則在 870C滲碳需要多長時(shí)間？（忽略不同溫度下碳在YFe中 溶解度的不同）例3:生產(chǎn)中，在

3、930E對(duì)20號(hào)鋼零件進(jìn)行氣體滲碳，滲碳碳勢(shì)為1.2%，零件的技術(shù)要求是滲碳層含碳量不低于0.6%。（ 1）滲碳2h后，估算滲碳層的深度？（ 2）若要求 滲碳層的深度達(dá)到0.5mm，滲碳時(shí)間應(yīng)為多少小時(shí)？ （ 930°C時(shí)碳在YFe中的擴(kuò)散系數(shù) 為 16 10 12m2/s ）僅供學(xué)習(xí)與交流，如有侵權(quán)請(qǐng)聯(lián)系網(wǎng)站刪除謝謝95Xerf(x)Xerf(x)Xerf(x)001.00.84272.00.9953 H0.20.2271.20.91032.20.99810.40.42841.40.95232.40.9993 n0.60.60391.60.97632.60.99980.80.742

4、11.80.98912.80.9999例4:碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)WC 0.2%的低碳鋼工件在920r進(jìn)行表面氣體滲碳，工件表面碳濃度 始終保持為Wc 1.0%，并將工件中碳濃度為Wc 0.4%處至表面的距離X定義為滲碳層 深度。已知滲碳1h后，滲碳層深度為0.12mm,若要求滲碳層深度達(dá)到 0.48mm,計(jì)算 共需滲碳多長時(shí)間。例5:為改善鈦合金的切削加工性能，研制了一種新加工工藝：滲氫處理+機(jī)械加工+脫氫處理。已知某鈦合金構(gòu)件在 800r真空脫氫1小時(shí)其距表面0.05mm處的性能符合 規(guī)定要求。為進(jìn)一步降低該構(gòu)件的熱處理變形，擬將該合金構(gòu)件在7000處理，問處理多少時(shí)間在距表面0.1mm處將達(dá)到上述相

5、同規(guī)定要求？并分析氫在鈦合金中的擴(kuò)散能 力。設(shè)氫在該鈦合金的擴(kuò)散激活能為 16.62KJ/mol，擴(kuò)散常數(shù)D0=8 101cm2/s。考點(diǎn)3:影響擴(kuò)散速率的因素例1 （名詞解釋）：擴(kuò)散激活能。例2 （解釋名詞）：擴(kuò)散系數(shù)。例3:升高溫度將加快原子的擴(kuò)散，其原因主要是溫度的升高降低了擴(kuò)散激活能。”試問此判斷正確與否，為什么？例4:雜質(zhì)摻雜從哪幾個(gè)方面影響擴(kuò)散系數(shù)？例5:固態(tài)金屬中原子擴(kuò)散的最快路徑是（）。A 晶內(nèi)擴(kuò)散 B 晶界擴(kuò)散C 位錯(cuò)擴(kuò)散 D 表面擴(kuò)散例6:擴(kuò)散系數(shù)與溫度的關(guān)系式是 在高溫階段和低溫階段，擴(kuò)散系數(shù)較大的是。例7:碳在鐵素體及奧氏體中的擴(kuò)散系數(shù)為什么存在很大的區(qū)別？例8:常通過

6、向鋼的表層深入某些原子來改善鋼的表面性能，試問若分別向鋼的表層滲 入碳原子和鉻原子，在相同的試滲工藝下，哪一種原子的滲入深度更大，為什么？例9:有兩塊化學(xué)成分相同的固溶體合金，一塊未經(jīng)塑性變形，一塊經(jīng)過了冷塑性變形。試問溶質(zhì)原子在那一塊合金中的擴(kuò)散更為容易，為什么？例10:（ 1）已知Zn在Cu中擴(kuò)散時(shí)，擴(kuò)散系數(shù)D 2.1 10 5m2/s，激活能Q 1.7 105J/mol，求820r時(shí)在中的擴(kuò)散系數(shù)；（2）討論影響金屬材料擴(kuò)散的因素。考點(diǎn)4 :擴(kuò)散機(jī)制例：在鐵的晶體中固溶有碳原子和鎳原子，問在同一溫度下，碳原子和鎳原子各以什 么機(jī)制進(jìn)行擴(kuò)散，為什么？其中哪一種原子具有更大的擴(kuò)散系數(shù)，為什么

7、？ 考點(diǎn)5: 上坡擴(kuò)散僅供學(xué)習(xí)與交流，如有侵權(quán)請(qǐng)聯(lián)系網(wǎng)站刪除 謝謝96精品資料例1 （名詞解釋）：上坡擴(kuò)散。 例2:上坡擴(kuò)散產(chǎn)生的原因分析 考點(diǎn)6:反應(yīng)擴(kuò)散例1 （名詞解釋）：反應(yīng)擴(kuò)散。例2:碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%的低碳鋼工件，置于碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 1.2%的滲碳?xì)夥罩校?920C下進(jìn)行滲碳，通常滲碳數(shù)小時(shí)后即可達(dá)到工藝要求。（1）畫出：滲碳結(jié)束 時(shí)；滲碳結(jié)束后緩慢冷卻至室溫時(shí)，這兩種情況下工件表層至心部平衡組織示意 圖；（2）試說明在滲碳溫度不變的前提下，要使工件達(dá)到相同的滲碳層深度，可采取 哪些措施減少滲碳時(shí)間？例3:純鐵在950r滲碳，表面濃度達(dá)到0.9%C，緩慢冷卻后，重新加熱到800r繼

8、續(xù) 滲碳，試列出：（1）達(dá)到800E時(shí)，工件表面到心部的組織分布區(qū)域示意圖；（2）在 800r長時(shí)間滲碳后（碳?xì)夥諡?.5%C）,工件表面到心部的組織分布區(qū)域示意圖，并 解釋組織形成的原因；（3）在800r長時(shí)間滲碳后緩慢冷卻至室溫的組織分布區(qū)域示 意圖。例4:純鐵試樣在800r進(jìn)行氣體滲碳，已知表層已出現(xiàn)新相 Y設(shè)與a相平衡的丫相 的碳濃度為C2，與Fe3C平衡的Y相的碳濃度為C3,與丫相平衡的a相的碳濃度為C1,若滲碳t小時(shí)，試畫出滲碳溫度下的碳濃度分布曲線及試樣由表面至心部的組織示 意圖；若滲碳后緩冷，請(qǐng)畫出室溫下的組織示意圖。考點(diǎn)7:柯肯達(dá)爾效應(yīng)例1:置換擴(kuò)散與間隙擴(kuò)散的擴(kuò)散系數(shù)有何不

9、同？在擴(kuò)散偶中，如果是間隙擴(kuò)散，是否會(huì)發(fā)生柯肯達(dá)爾效應(yīng)？為什么？例2:在柯肯達(dá)爾擴(kuò)散實(shí)驗(yàn)中，一個(gè)二元系統(tǒng)， A組元的原子百分比濃度為0.4,兩個(gè) 組元的實(shí)際擴(kuò)散系數(shù)分別為Da 107cm2/s和Db 9 108cm2/s，在標(biāo)志界面處A組元的 成份隨距離的變化率為2.0cm-1，則互擴(kuò)散系數(shù)及標(biāo)志移動(dòng)速度分布為（）。A .9.6108cm2/s 和 210 8cm/sB .9.6108cm2/s 和 110 8cm/ sC.9.4108cm2/s 和 210 8cm/s例3:如圖所示，由A組元棒和B組元棒焊接成的擴(kuò)散偶，并在焊縫處用Mo絲做標(biāo)記，在773K擴(kuò)散足夠的時(shí)間，試問：（1）標(biāo)記在焊接

10、面何側(cè)？ （ 2）擴(kuò)散中的空位最 終聚集在何側(cè)？已知A組元在B組元構(gòu)成的晶體中的擴(kuò)散常數(shù)（D0）和激活能（Q） 分別為2.1 10 5m2/s，1.7 105J/mol ;而B組元在A組元構(gòu)成的晶體中的擴(kuò)散常數(shù)（D0） 和激活能（Q）分別為 0.8 10 5m2/s，1.4 105J/mol。1A組元1*標(biāo)記血考點(diǎn)&綜合例1下列有關(guān)固體中擴(kuò)散的說法中，正確的是（）。A 原子擴(kuò)散的驅(qū)動(dòng)力是存在著濃度梯度B 空位擴(kuò)散是指間隙固溶體中的溶質(zhì)原子從一個(gè)間隙跳到另一個(gè)間隙C.晶界上點(diǎn)陣畸變較大，因而原子遷移阻力較大，所以比晶內(nèi)的擴(kuò)散系數(shù)要小D 成分均勻的材料中也存在著擴(kuò)散解析：A中驅(qū)動(dòng)力應(yīng)為化學(xué)

11、勢(shì)梯隊(duì)，因此錯(cuò)。B中的解釋是間隙擴(kuò)散機(jī)制，不是空位擴(kuò) 散機(jī)制，因此錯(cuò)。C中晶界上擴(kuò)散系數(shù)要比晶內(nèi)更大，因此錯(cuò)。例2:在870°C下滲碳比927E滲碳淬火變形小，可得到較細(xì)的晶粒。碳在 丫Fe中的擴(kuò) 散系數(shù) Do 2.0 10 5m2/s，激活能 Q 140kJ/mol，R 8.314J/K.mol。請(qǐng)計(jì)算：（1） 870C 下和927C下碳在丫Fe中的擴(kuò)散系數(shù)；（2）在870C得到與927C滲碳10h相同結(jié)果所 需時(shí)間？（ 3）若規(guī)定0.3%C作為滲碳層厚度的量度，在927C滲碳10h，其滲碳層厚 度為870C滲碳10h的多少倍？例3:對(duì)含有0.1%C的鋼進(jìn)行表面滲碳增強(qiáng)處理，滲碳時(shí)將鋼置于濃度為1.2%C的氣氛中，在高溫下通過擴(kuò)散達(dá)到進(jìn)入鋼材體內(nèi)的目的。為了獲得最佳應(yīng)用性能，在鋼表 面以下0.2cm處必須達(dá)到濃度為0.45%C,擴(kuò)散激活能為32900cal/mole,氣體常數(shù)R 1.987cal/（mol K）。若該鋼材的擴(kuò)散常數(shù) D0為0.115cm2/So試求：（1） 1100C時(shí)的擴(kuò)散系數(shù)；（2）擴(kuò)散所需時(shí)間與擴(kuò)散溫度的函數(shù)關(guān)系；（3）分解